Карин Мёллинг - Вирусы: Скорее друзья, чем враги

Один журналист спросил Хоуарда Темина по случаю вручения ему Нобелевской премии в Стокгольме в 1975 г., за что тот получил эту премию. «Я не могу этого объяснить, вы потеряете нить рассуждений через 30 секунд, – ответил он. – А почему бы вам вместо этого не написать “Бросайте курить?” Это гораздо важнее!» Он был активистом движения против курения и даже говорил об этом в своей благодарственной речи в присутствии короля Швеции, но, как это ни печально, он умер от рака легких, хотя никогда не курил.

Темин даже не пытался объяснить непрофессионалам свое изобретение. А я все же попробую. Я была свидетелем того, как все происходило. Он открыл обратную транскриптазу (ОТ) – фермент, необходимый для репликации ретровирусов, в частности ВИЧ. Этот фермент играет гораздо более важную роль, чем просто фермент для репликации вируса, и, как прогнозировал Темин, он играет важную роль в композиции нашего генома. Эти родственники ретровирусов амплифицируют наши гены, изменяют набор генов наших геномов, но никогда не покидают клетку. В настоящее время даже существует гипотеза, согласно которой РНК в процессе эволюции превратилась в ДНК именно благодаря обратной транскриптазе. Когда я начала исследования обратной транскриптазы, о ней еще ничего не знали, а сейчас, 45 лет спустя, ее рассматривают в качестве одного из наиболее распространенных и, вероятно, самых важных белков, известных в биологии.

Как я стала свидетелем открытия транскриптазы? Тема моих докторской и кандидатской диссертаций – «Репликация вирусов». Хорошо помню некоторые детали. В конце 1960-х я приехала из Беркли (США), где, собрав все свое мужество, оставила физику и резко переключилась на относительно неизвестную для себя область знаний – молекулярную биологию. Это случилось в то время, когда кампус был охвачен студенческими волнениями. Вернувшись в Германию, я искала проект для защиты кандидатской диссертации.

Гюнтер Стент, знаменитый генетик, переехавший из Берлина, пригласил меня к себе в офис в Беркли – у него на столе стоял макет здания Общества Макса Планка в Тюбингене, и он предложил мне поехать туда поработать. Именно так я и поступила: за день рассмотрела три темы и решила выбрать ту, которая показалась мне наиболее интересной и которая, вероятнее всего, могла быстро дать результаты. Восхитительный вид на горную цепь Швабская Юра оказал на мое решение большое влияние ненаучного свойства. Я привнесла в вирусологический институт молекулярную биологию. Однако сначала мне пришлось преодолеть трудный барьер. Мне нужно было научиться изолировать вирус из живых цыплят, которых я заразила вирусом миелобластоза птиц (ВМП), индуцирующим одно из заболеваний крови. Эта процедура предусматривала забор образцов крови непосредственно из сердца цыпленка при помощи гиподермичной иглы – сегодня такой метод не разрешили бы. Предметом изучения моего проекта был механизм репликации этого вируса. Однако несколько месяцев движения вперед в проекте не наблюдалось.

Затем на одной из знаменитых лекций, которые проходят по понедельникам в Обществе Макса Планка в Тюбингене, я узнала от Фридриха Бонхеффера (он только что вернулся с международной Гордоновской конференции), что Хоуард Темин открыл обратную транскриптазу. Некоторые посмеивались и говорили: «Он все еще твердит об этом». Мой проект застопорился, и я решила протестировать обратную транскриптазу. На следующее утро в 8:00 я стояла у двери кабинета Хайнца Шаллера, специалиста по репликации ДНК, так как хотела взять у него «строительные блоки» для ДНК (включая блоки с радиоактивными метками), а не для РНК. Их использование было единственным – но очень важным – отличием данного проекта от моих предыдущих исследований. Я располагала большим количеством вирусов, полученных от цыплят путем проведения пункции сердца. Вечером мы с Шаллером и другими коллегами собрались в помещении, где находился детектор радиоактивности, чтобы проанализировать полученные результаты: было получено невероятное количество ДНК с радиоактивными метками, и показания счетчика зашкаливали. Если иметь нужную идею, можно за один вечер провести эксперимент, достойный Нобелевской премии. Но, к сожалению, у меня не было нужной идеи! Я искала не тот фермент – РНК-полимеразу вместо ДНК-полимеразы. Через несколько недель все блоки для построения ДНК (нуклеотиды) были проданы в разные страны мира. Неионный детергент, используемый для разрушения вируса, доставали на автозаправочных станциях – эта информация разлетелась по миру благодаря сарафанному радио, и в скором времени детергент уже было не достать. Похоже, весь мир занялся исследованием обратной транскриптазы!

Самому же Темину пришлось пережить скептицизм коллег, по мнению которых, идея о том, что ДНК является промежуточным звеном для РНК вируса, была невероятной. Но, основываясь на этих экспериментах, Темин пошел еще дальше и предположил, что промежуточная ДНК, которую он определил как ДНК провируса, интегрируется в ДНК клетки-хозяина. ДНК вируса может замаскироваться в виде ДНК провируса в ДНК клетки-хозяина, что помогает ей выжить. Так появились понятия «ретровирус» и «обратная транскриптаза». Эти эндогенные вирусы и связанные с ними структуры способствуют активному размножению нашего генома, и на 50% благодаря ОТ. Но обратная транскриптаза способна на гораздо большее, и вы в этом убедитесь.

Как получить ДНК из РНК? Нужно сделать больше одного шага? Да, и использовать молекулярные «ножницы», нуклеазу, фермент, называемый рибонуклеазой Н или сокращенно РНКазой Н ( подробнее остановимся на этом вопросе: вирус проникает в клетку, и РНК вируса сначала копируется с помощью обратной транскриптазы в ДНК посредством гибрида РНК–ДНК. После этого считается, что РНК выполнила свою функцию, и, чтобы получить двуспиральную ДНК, ее нужно удалить из гибрида при помощи РНКазы Н).

Во время ланча в Обществе Макса Планка в Тюбингене мне рассказали о студенте Вернере Бюсене, который изучал тимус телят. Обычно он ходил на скотобойню, собирал тимусную ткань и выделял из нее РНКазу. Но не имел представления о том, для чего предназначен этот фермент, – собственно, этого никто не знал. Только через несколько месяцев мне в голову пришла идея, что такой фермент с эффектом «ножниц» может использовать вирус, чтобы избавиться от РНК. Я проверила эту идею. Мой коллега дал мне несколько драгоценных РНК с радиоактивными метками, и я с большой долей уверенности могла доказать наличие активности РНКазы Н после растворения РНК. ( Позднее я выяснила, что РНКаза Н объединена с обратной транскриптазой, образуя одну молекулу, и эти составляющие связаны и перемещаются вместе. ОТ копирует ДНК, а несколько нуклеотидов РНК позади РНКазы удаляются – очень эффективный механизм.) Открытие такого расщепляющего фермента (РНКазы Н) в ретровирусе позволило мне напечатать статью в журнале Nature, получить кандидатскую степень, приглашения выступать с лекциями в США и обзавестись на удивление большим количеством соавторов. Все они утверждали, что внесли свой вклад в разработку концепции и подготовку статьи. Как я узнала позднее, стоящие идеи приходят в голову сразу многим ученым. И еще я испытала разочарование, поскольку начиная с этого времени мне практически никогда не удавалось попадать в растущий поток публикаций по этой теме. Меня всегда кто-то опережал.